[发明专利]一种高能量高安全性能锂离子动力电池

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，尤其是涉及一种高能量高安全性能锂离子动力电池。

背景技术

动力电池在先进信息处理终端设备和电动汽车等重要战略领域里至关重要，备受人们的关注，其要求具有较高的能量密度和功率密度。

动力电池的能量密度的提高，主要决定于高能量密度电极材料体系的开发。目前已经商品化的动力电池主要由磷酸铁锂或锰酸锂作为正极活性材料，石墨类碳材料作为负极活性材料，传统的动力电池由于受到正极活性材料磷酸铁锂或锰酸锂以及负极活性材料石墨类碳材料自身理论储锂容量极限的制约，在能量密度的进一步提高上遇到了瓶颈。

与此同时，对锂离子动力电池的安全性能要求也越来越高，锂离子电池的安全性能也备受行业内人员的重视，尤其是电芯采用叠片式结构的锂离子动力电池，在遇到外部挤压、碰撞、刺穿等情况或者锂离子电池滥用的情况时，很容易造成电池内部短路，使得电池的电能迅速释放出来从而产生大量的热量，导致电池内部的局部温度过高，会造成电池发生着火、爆炸等情况，这样不仅严重影响到电池的安全使用，还存在很大的安全隐患。

专利申请公布号CN103022555A，申请公布日2013.04.03，名称为锂离子电池及其制备方法的中国专利中公开了一种锂离子电池，它包括正极、负极及电解液，所述电解液包括锂盐及溶剂，正极的活性材料为富锂锰基固溶体；负极的活性材料为钛酸锂；所述溶剂包括氟代碳酸酯以及包括氟代甲基环丁砜或其衍生物、氟代甲基亚硫酸乙烯酯或其衍生物，氟代甲基硫酸乙烯酯或其衍生物中的一种或几种的添加剂。富锂锰基固溶体材料具有高容量、低材料成本、较稳定的结构的优点，钛酸锂具有较好的安全性和优异的循环性能，但是由于钛酸锂的比能量与比容量低，导电性差，用钛酸锂作为负极活性材料大大限制了富锂锰基固溶体材料高克容量这一优势的充分发挥，该电池的电极材料体系只是提高了电池的安全性，电池的能量密度依然较低。

因此，目前迫切需要开发一种兼具高能量密度及高安全性的锂离子动力电池。

发明内容

本发明所解决的技术问题是提供一种兼具高能量密度及高安全性的锂离子动力电池，该动力电池能量密度高，高压循环性能与安全性能佳。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种高能量高安全性能锂离子动力电池，包括由正极极片、隔膜、负极片依次叠加而成的电芯、位于电芯外部的铝塑膜软包装及密封位于铝塑膜软包装内的电解液，所述正极极片通过正极耳相连，所述负极片通过负极耳相连，正极耳、负极耳相连分别形成电池的正、负极引出端，所述正极极片包括正集流体及涂敷在正集流体上的正极材料，所述负极片包括负集流体及涂敷在负集流体上的负极材料，其特征在于，所述高能量高安全性能锂离子动力电池还包括防刺穿安全结构，所述防刺穿安全结构设置在电芯的两侧，防穿刺安全结构从外到内依次由PET板、铝箔、PET板、铜箔、PET板叠加而成，所述铝箔通过正极耳与正极引出端相连，所述铜箔通过负极耳与负极引出端相连，所述正极材料由以下质量百分比的组分组成：正极活性材料88～95％，正极粘结剂2～6％，正极导电剂3～7％，所述负极材料由以下质量百分比的组分组成：负极活性材料90～95％，负极粘结剂4～8％，负极导电剂1～3％，所述正极活性材料为粒径为1～2μm的大颗粒单晶高镍三元材料，其分子式为：LimNi_XCo_YMn_ZO₂，其中0.6≤X≤0.8，0.1≤Y≤0.2，0.1≤Z≤0.2，X+Y+Z＝1.0；1.0＜m≤1.08，所述负极活性材料为复合人造石墨。本发明在电芯两侧设置防穿刺安全结构，当电池受到外部挤压、碰撞或者穿刺等恶劣情况时，防穿刺安全结构能起到缓冲、防护的作用，有效保护电芯，避免电芯破坏造成短路产生大量的热量，同时防穿刺安全结构能隔离电芯与铝塑膜，可防止铝塑膜破坏时以电芯接触发生短路；防穿刺安全结构中的铝箔通过正极耳与正极引出端相连，铜箔通过负极耳与负极引出端相连，铜箔与铝箔具有良好的传热性能，当电芯内部发生短路时，电芯内部的热量可以通过极耳传导至铜箔及铝箔上及时散出去，避免电芯内部热量的聚集，此外，铜箔与铝箔的电阻小，在电池穿刺时能将大部分的短路电流导至铜箔及铝箔上，减少正极极片与负极片之间的短路电流，避免电芯产生大量的热量，保证电池的安全性。此外，本发明选用大颗粒单晶高镍三元材料作为正极活性材料，采用复合人造石墨作为负极活性材料，对整个电池体系进行了优化，得到的电池能量密度高，安全性能与循环性能好。